巖溶地區洪水分析計算探討

摘 要：洪水計算是新建水利工程的主要內容之一，洪水計算的合理性與可行性直接影響到工程的安全運行，貴州屬典型喀斯特地貌，巖溶發育，地質條件復雜，很多區域多出現明流、伏流穿插出現的情況，而大部分地區無相關實測水文數據及參數，針對該類空白地區，洪水計算較為復雜，本文以貴州省關嶺縣上坡貢水庫洪水計算分析，對該類無資料地區洪水設計進行探討。

中圖分類號：TV122 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）26-0242-02

1 概 況

關嶺縣上坡貢水庫位于關嶺縣西北面坡貢鎮的上坡貢村。壩址位于打邦河流域右岸壩陵河支流坡貢河支流折溪河上，屬珠江流域西江水系。折溪河流域巖溶發育，河流發源于王家寨，由西北向東南，經坡頭上，至簸箕田進入伏流，至石洞陵出流進入上坡貢水庫。壩址以上總集水面積30.3km2，其中地表集水面積2.07km2，主河道長1.361km，河床平均比降13.7‰；地下補給面積28.23km2。

折溪河流域面積小，流域內無水文測站，而簸箕田至石洞陵區間為伏流區，控制面積約6.27km2，現狀無實測流量資料，區間削峰作用不明，本次針對該情況選用幾種計算方法進行分析。

2 設計洪水分析計算

2.1 歷史洪水

由于項目區流域設計明流及伏流區，為補充相關歷史洪水信息，需針對伏流入口、出口及大壩壩址進行調查。在2001年出現過大洪水，至大洪水期，簸箕田伏流入口以上將形成淹沒，從漲洪至最高水位歷時為4～5h，洪水總歷時為1～2d，石洞陵伏流出口同時間洪水至最高水位歷時約為4h，洪水從漲洪至回歸河槽，洪水總歷時為4～5d左右，根據指認歷史洪水痕跡，并實測擬建壩址處及石洞陵伏流出口處下游河道的洪水痕跡根據實測擬建壩址處及石洞陵伏流出口處下游河道斷面采用比降法分析兩處流量約為47.9m3/s和31m3/s。洪水重現期達到50年一遇。

2.2 洪水計算

折溪河流域無水文測站控制，無相關流量資料佐證，本次結合《水利水電工程設計洪水計算手冊》及《貴州省暴雨洪水計算手冊》（修訂稿）中幾種方法進行計算分析。

2.2.1 幾種計算方法選用比較分析

（1）三點適線法

三點適線法為無資料地區水文計算適線的一個基本方法，計算數據主要基于洪水調查成果，將調查到的年份、水位及相應流量、頻率進行皮爾遜Ⅲ型曲線適線后，統計基本參數值，該方法計算簡單，但在無資料地區使用局限性較大，一般工程區流域小，可考證洪水典型較少，該方法調查樣本較大，且多數僅能調查到保證率P≥2%的洪水，適線在保證率P<2%無法確定，直接影響到統計參數精度。

（2）泄流曲線法

泄流曲線主要針對伏流進、出口建立且流關系曲線，曲線的確定需充分考慮高低洪水位及對應泄流能力的關系，該方法與三點適線法相似，除資料誤差外，若伏流入口以上已出現下漏情況，至伏流入口處時水位失真，且一般伏流進、出口區間相隔較遠，區間有小型閉流區匯水，將影響伏流進、出口建立且流關系曲線的真實性，直接影響洪水計算精度。

（3）伏流公式法

伏流計算公式主要是分析流域洪峰流量隨暴雨總歷時延長而衰減的公式，根據《水利水電工程設計洪水計算手冊》及《貴州省暴雨洪水計算手冊》（修訂本），伏流暗河計算公式為：

根據公式可看出，該公式主要影響參數為洪水歷時，結合流域情況，多數河道鄰近農田，針對洪水總歷時的調查可行性及可參考性是比較高的，針對上坡貢項目，本次選擇伏流公式法作該項目設計洪水基本計算方法。

2.2.2 設計洪水計算

（1）伏流區洪水計算

根據設計洪水方法選用，本次伏流區的洪水計算采用伏流公式法進行計算，根據石洞陵伏流出口洪水調查，至最大洪水年份，伏流出口由于水量較大，水面超過河坎淹沒周邊農田，通過村民羅永貴介紹，最大一次洪水河坎以上第一塊田被完全淹沒，第二塊田淹沒部分，一次洪水從漲水至回到河槽的時間大約為4～5d左右，水面漲到最高需要4h左右。計算中偏安全考慮，洪水總歷時按4d計，洪水過程采用三角概化計算，經計算，計算成果如表1。

（2）計算參數合理性分析

針對石洞陵伏流出口設計洪水合理性分析主要是洪水峰現時間及洪水總歷時，從可考證性看，鄰近周邊現狀有農田及居民居住，岸邊洪痕較為明顯，可考證人員人數較多，較同類地區，調查資料可靠性較好。而其中，洪水峰現時間一般較為難以調查，本次計算中補充分析伏流出口以上全流域面積洪水，判斷天然狀態及滯洪階段洪水變化情況及滯洪時間，經計算，從流量來看，保證率（P=0.1～20%）天然狀態下石洞陵出流量最大為342～75.1m3/s，保證率（P=0.1～20%）伏流公式法計算石洞陵出流量最大為58.45～17.6m3/s，可見，區間伏流區的消峰作用較大；從伏流出口峰現時間來看，若以石洞陵伏流出口計算成果為基礎，控制伏流區開始滯洪流量，從天然狀態洪水過程線看，保證率（P=0.1～20%）天然洪水約2～2.5h開始滯洪，區間簸箕田至石洞陵伏流區假定按直線巖溶管道過水，過水長度約為5km，流速按1m/s計算，至石洞陵伏流出口，洪水現峰時間將延長1.5h，從（P=0.1～20%）過程線來看，石洞陵現峰時間將為3.5～4h左右，計算參數參照一般河流參數取值，從計算成果來看，與調查成果基本吻合，計算成果較為合理。

（3）壩址設計洪水計算

根據流域特性，本次計算采用伏流出口流量疊加伏流出口至壩址區間流量，伏流出口至壩址區間流量直接采用《貴州省暴雨洪水計算手冊》（修訂稿）中F<10km2計算公式進行計算，由于區間較短，本次計算不考慮錯峰，經計算，上坡貢壩址設計洪水計算成果如表2。

（4）壩址設計洪水合理性分析

從明流區看，基本參數取值根據鄰近氣象站及貴州省等值線取值，計算公式根據《貴州省暴雨洪水計算手冊》（修訂稿）選擇，區間洪水基本滿足設計要求，但從疊加成果看，考慮現階段可考證的歷史洪水調查成果，結合被調查及暴雨排頻成果，確定項目區出現最大洪水約為50年一遇，從計算成果來看，本階段計算50年一遇成果與調查成果基本相近。但因本階段歷史洪水調查成果僅為50年一遇，相關洪水過程特征在反映超過50年一遇洪水標準的情況會略有偏差，故本階段根據《水利水電工程設計洪水計算規范》，用頻率分析法計算的校核標準設計洪水，考慮對超過50年一遇標準洪水進行修正，修正系數取20%。經計算，上坡貢壩址洪水修正后成果如表3。

3 結 語

本文根據典型工程、巖溶狀況及相關水文資料條件基礎上，分析無資料地區情況下幾種伏流區設計洪水計算方法可行性及選用計算方法的計算成果合理性進行分析，本工程伏流區影響流域大，洪水坦化嚴重，洪水歷時長，總體洪水呈現雙峰狀。由于該類設計流域伏流出口以上含有較大的閉流區，除泉點出流外，還應注意伏流段表層是否有地表匯流進入庫區。

本文僅對較為簡單的伏流區流域進行淺析，由于本類工程基本無巖溶影響區影響參數及實測數據，區域水文條件復雜，計算難度較大，故在該類工程中洪水調查就顯得尤為重要，因此，在同類工程中，應根據對設計流域的調查及研究，確定適應的計算方法，合理補充調查成果，提高設計洪水成果的合理性。

參考文獻

[1]貴州省水利廳.貴州省暴雨洪水計算實用手冊[G].貴陽：貴州省水利廳，1983.

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[3]陳家琦，張恭肅.小流域暴雨洪水計算[M].北京：水利電力出版社，1985.

收稿日期：2018-8-7